CN105308308A - 适于柴油发动机的电热塞的金属外壳及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了安装在柴油发动机的发动机缸盖上的电热塞的金属外壳及其制造方法。金属外壳具有改进的多级结构，所述结构允许所述金属外壳被容易地加工而无论金属外壳的总长度，并允许紧固发动机缸盖的金属外壳区段和其它金属外壳区段的至少一个具有不同的材料强度，从而增强金属外壳紧固到发动机缸盖的紧固强度并防止金属外壳的翘曲，同时提高生产率，同时降低制造成本。根据本发明的适于柴油发动机的电热塞的金属外壳包括多个金属外壳区段，所述多个金属外壳区段设置在所述电热塞的轴向方向上并具有不同的材料强度。

Description

适于柴油发动机的电热塞的金属外壳及其制造方法
技术领域
本发明涉及安装在柴油发动机上的电热塞的金属外壳。更具体地，本发明涉及紧固到发动机缸盖的电热塞的金属外壳及其制造方法，其中所述金属外壳具有多级结构，在所述多级结构中至少两个金属外壳区段轴向地连接到彼此，至少两个金属外壳区段可被容易地加工而无论金属外壳的总长度，并且所述多级结构允许部分地提高所述金属外壳的强度，例如，通过形成紧固到发动机缸盖的金属外壳部分和包括具有不同强度的材料的其它部分，从而增强金属外壳紧固到发动机缸盖的紧固强度，同时防止金属外壳的翘曲。
背景技术
通常情况下，由于柴油发动机可能难以在寒冷的天气下起动，因此柴油发动机设有作为预热装置的电热塞，用于在邻近喷射器的燃烧室上部部分处稳固起动性。这种的电热塞用于通过加热寒冷的外部空气来协助柴油发动机的起动。
图1是典型电热塞的前视图；图2是在典型的电热塞中使用的整体金属外壳的前视图；以及图3是示出其中典型的电热塞安装在发动机上的状态的参考截面视图。
参照图1至图3，典型的电热塞(10a)包括塞的金属外壳(100a)(以下称为“金属外壳”)和加热销(200)，金属外壳(100a)具有在其上部外圆周表面上的螺纹以便将电热塞安装到发动机缸盖1上，而加热销(200)设置成轴向延伸通过金属外壳(100a)。
加热销(200)具有在金属外壳(100a)的下方露出的加热部分和配置在金属外壳(100a)上方的端子，并且金属外壳(100a)具有在轴向方向上贯穿其形成的通孔，使得加热销可装配到通孔内。
金属外壳(100a)的通孔形成有用于过盈配合加热销(200)的压配合部。
这种典型的电热塞(10a)当从电池接收电功率时产生热量，由此加热空气或充当热点，以及一些喷射的燃料的直接撞击到电热塞(10a)的热表面上并且所述热表面上蒸发来将其本身点燃。
但是，在使用适于直接喷射式柴油机的这种典型的电热塞(10a)的过程中存在几个问题。
最近，由于适于柴油发动机的燃料喷射方法已从间接喷射式变成直接喷射式，电热塞(10a)已变得更长，因而增加金属外壳(100a)的总长度。这会导致问题，其中当电热塞(10a)安装在柴油发动机的发动机缸盖上时，金属外壳(100a)由于施加到金属外壳的压缩载荷而遭受翘曲。
此外，金属外壳(100a)的总长度增加伴随着金属外壳的制造过程中可加工性的劣化。
取决于燃料喷射的类型，电热塞设置在预燃烧室内(间接喷射式发动机)或设置在主燃烧室内(直接喷射式发动机)。设置于预燃烧室(其是从主燃烧室隔开的一个小的燃烧室)中的电热塞比设置于主燃烧室中的电热塞短。最近，对于直接喷射式柴油发动机的需求日益增加。
另一方面，为了防止在安装在发动机上的过程中具有长的总长度的金属外壳(100a)的翘曲，可以使用高强度的材料来制造这样的金属外壳。然而，这导致金属外壳(100a)的制造成本显著增加，以及难以加工金属外壳(100a)。
典型的金属外壳(100a)通常通过切削或锻造来制造。当适于在直接喷射式柴油机中使用的电热塞(10a)的具有长的总长度的金属外壳(100a)通过切削制造时，需要高的切削量，由此使得生产率显著经地，同时增加加工成本。
具体地，如果使用高强度材料来制造金属外壳以防止在安装到发动机上的过程中的金属外壳(100a)翘曲，这如上所述加剧了生产率降低的问题并增加加工成本。
另一方面，当通过锻造制造具有长的总长度的所述金属外壳(100a)时，需要更大的模具和更薄的冲头，由此导致对模具的损坏，从而使得难以执行金属外壳(100a)的锻造。此外，金属外壳达不到所需的设计强度。
如上所述，因为相应于从间接喷射式柴油发动机到直接喷射式柴油发动机转变的趋势金属外壳的总长度增加，当采用如上所述的典型加工方法时，现有的金属外壳(100)的结构引起若干问题，导致时间和成本增加，或劣化可加工性，降低生产率，这最终降低产品的竞争力。因此，对于改进的金属外壳结构存在需求。
发明内容
[技术问题]
本发明已经考虑到克服相关技术中的上述问题，并且本发明的一个目的在于提供一种紧固到柴油发动机的发动机缸盖的电热塞的金属外壳及其制造方法，其中所述金属外壳具有多级结构，允许良好的可加工性而无论所述金属外壳的总长度，并允许金属外壳在部分中或在区段中具有不同的强度，从而提供提高的强度和耐用性。换言之，本发明的目的在于提供一种金属外壳，其具有分段的结构，即具有下述结构，其中多个金属外壳段(区段)轴向连接并固定到彼此，以便增强比其它部分需要更高强度的部分。
[技术方案]
根据本发明的一方面，紧固到柴油发动机的发动机缸盖的电热塞的金属外壳包括多个金属外壳区段，所述多个金属外壳区段设置在所述电热塞的轴向方向上并且具有不同的材料强度。
多个金属外壳区段可包括：上部金属外壳区段，其具有在其外圆周表面上的用于紧固到柴油发动机的发动机缸盖的螺纹；以及至少一个下部金属外壳区段，其直接连接到上部金属外壳区段的下侧或经由其它金属外壳区段间接地连接到上部金属外壳区段的下侧，并且具有与所述上部金属外壳区段不同的材料强度。
下部金属外壳区段可由具有比上部金属外壳区段更高的强度的材料形成。具体地，上部金属外壳区段可由适于冷锻的钢盘条形成，以及下部金属外壳区段可由适于冷锻的碳钢盘条形成。
多个金属外壳区段可在电热塞的轴线方向上结合成一件。
多个金属外壳区段可具有形状相匹配的台阶部，其在结合到其它相邻的金属外壳区段的结合部处形成，以便连接到其它相邻的金属外壳区段。
当具有用于紧固到发动机缸盖的螺纹的金属外壳区段是第一金属外壳区段时，连接到第一金属外壳区段下侧的金属外壳区段是第二金属区段，以及连接到第二金属外壳区段下侧的金属外壳区段是第三金属外壳区段，第一金属外壳区段可由适于冷锻的钢盘条形成，而第二金属外壳区段和第三金属外壳区段可由适于冷锻的碳钢盘条形成。
在本发明的另一个方面，适于柴油发动机的电热塞包括如上所述的金属外壳。
在本发明的另一方面，涉及电热塞的金属外壳的制造方法，所述金属外壳具有在其上部外圆周表面上的用于紧固到柴油发动机的发动机缸盖的螺纹和用于容纳加热销的轴向通孔，所述方法包括：分别制备上部金属外壳区段和下部金属外壳区段，所述上部金属外壳区段具有螺纹，而所述下部金属外壳区段连接到上部金属外壳区段的下侧以形成所述金属外壳；以及通过激光焊接将上部和下部金属外壳区段结合成一件，从而形成所述金属外壳。
每个上部和下部金属外壳区段可通过锻造来制备。此外，下部金属外壳区段可由具有与上部金属外壳区段不同强度的材料形成。
根据本发明的一个更具体的方面，适于柴油发动机的电热塞的金属外壳具有形成在其上部外圆周表面上的用于紧固柴油发动机的发动机缸盖的螺纹并且配置成容纳加热销，其中所述电热塞的金属外壳通过将单独的金属外壳区段连接构成多级结构来形成为一件，并且至少两个金属外壳区段具有不同的材料强度。
在上述特征中，具有螺纹的金属外壳区段由比不具有螺纹的其它金属外壳区段的强度更低的材料形成。换言之，不具有螺纹的金属外壳区段由具有比具有螺纹的金属外壳区段的强度更高的材料形成。
还根据本发明的另一个具体的方面，涉及适于柴油发动机的电热塞的金属外壳的制造方法，所述金属外壳具有在其上部外圆周表面上的用于紧固到柴油发动机的发动机缸盖的螺纹且配置成容纳加热销，所述方法包括：分别制备具有螺纹的金属外壳区段和将结合到具有螺纹的金属外壳区段的金属外壳区段；以及将具有螺纹的金属外壳区段连接到将结合到其的金属外壳区段，并且通过激光焊接将金属外壳区段结合成一件。
[有益效果]
一种适于柴油发动机的电热塞的金属外壳、包括金属外壳的电热塞、及其制造方法提供以下效果。
根据本发明，紧固到柴油发动机的发动机缸盖的电热塞的金属外壳可容易地制造而无论金属外壳的总长度。
换言之，在制造相应于从间接喷射式柴油发动机到直接喷射式柴油发动机转变的趋势具有长的总长度的金属外壳的过程中，根据本发明的金属外壳具有多级结构，使得金属外壳的区段可通过锻造容易地制备，然后通过各种结合方法例如激光焊接容易地结合成一件，从而提高生产率和改善可加工性。
此外，根据本发明的金属外壳具有下述结构，在所述结构中金属外壳区段轴向结合成一件，使得需要高强度或经受高应力的部分的增强可以使用不同的材料来实现。更具体地，紧固到发动机缸盖的金属外壳区段和其它金属外壳区段由具有不同强度的材料形成，从而有效地防止在将金属外壳紧固到发动机缸盖的过程中的金属外壳的翘曲。
即，可能由于压缩载荷遭受翘曲的其它金属外壳区段相比于紧固到发动机缸盖的金属外壳区段的材料具有相对高强度的材料形成，从而防止在典型的电热塞中发生金属外壳的翘曲。
此外，根据本发明，金属外壳区段可通过锻造容易地制备，从而提高生产率，同时降低制造成本。
附图说明
图1是典型电热塞的前视图。
图2是在图1中所示的电热塞中使用的整体金属外壳的前视图。
图3是示出其中图1所示的电热塞安装在发动机上的状态的剖视图。
图4是根据本发明的一个实施例包括金属外壳的电热塞的前视图。
图5是根据本发明实施例的金属外壳的前视图。
图6是图5中所示的金属外壳的分解视图。
图7是图5中所示的金属外壳的剖视图。
具体实施方式
[最佳方式]
以下，将参照图4至图7详细地描述本发明的实施例。
参照图4至图7，示出适于柴油发动机的用于紧固到柴油发动机的发动机缸盖(1，参见图3)的电热塞的金属外壳(100)和包括金属外壳(100)的电热塞(10)。金属外壳(100)设置在电热塞(10)的轴向方向(纵向方向)上，并且包括具有不同材料强度的多个金属外壳区段(101，102，103)。
多个金属外壳区段(101，102，103)包括上部金属外壳区段(101)和下部金属外壳区段(102，103)，所述上部金属外壳区段(101)具有在其外圆周表面上形成的螺纹(101a)以便紧固到发动机缸盖(1)，而下部金属外壳区段(102，103)直接连接到上部金属外壳区段(101)的下侧或经由其它金属外壳区段间接地连接到上部金属外壳区段(101)的下侧，并且具有与所述上部金属外壳区段(101)不同的材料强度。
更具体地，根据本发明实施例的电热塞(10)的金属外壳(100)具有在其上部外圆周表面上的用于紧固到柴油发动机的发动机缸盖(1)的螺纹(101a)且配置成将加热销(200)容纳在其中。在此，金属外壳(100)具有多级结构(其中至少两个金属外壳区段轴向连接到彼此的结构)，其中金属外壳区段通过螺纹、焊接等结合成一件。换言之，金属外壳(100)包括具有螺纹(101a)的金属外壳区段，即上述金属外壳区段(101)，和牢固地连接到上部金属外壳区段下侧的至少一个金属外壳区段，即下部金属外壳区段(102，103)，其中上部和下部金属外壳区段由具有不同强度的材料形成。尽管在此实施例中金属外壳包括两个下部金属外壳区段，但是应当理解的是，金属外壳可以包括三个或多个下部金属外壳区段，这取决于金属外壳(100)的所需的总长度(长度)。
在此，优选地，按序连接到上部金属外壳区段(101)的下侧下部金属外壳区段(102，103)由具有比上部金属外壳区段(101)更高强度的材料形成。当下部金属外壳区段(102，103)具有包括多个金属区段的结构，即多级结构时，金属外壳区段(102，103)可由相同的材料形成或由不同的材料形成，以便具有其中由不同材料形成的金属外壳区段连接到彼此的结构。例如，在金属外壳区段(102，103)中，直接连接到上部金属外壳区段(101)的区段(102)可由与上部金属外壳区段(101)相同的材料形成，并且经由区段(102)间接地连接到上部金属外壳区段(101)的区段(103)可由不同于上部金属外壳区段(101)的材料形成。
多个金属外壳区段(101，102，103)可通过各种结合方法诸如激光焊接而轴向结合成一件。
此外，所述多个金属外壳区段(101，102，103)的每一个具有形状匹配的台阶部，即台阶部在结合到其它相邻的金属外壳区段的结合部位(结合部)处具有相应的形状，以便连接到其它相邻的金属外壳区段。
具体地，金属外壳区段在其结合部(结合部位)处分别设有台阶部(101b)(102b)(103b)，以便协助组装到相邻于其的其它金属外壳区段。在此，每个台阶部(101b)(102b)(103b)具有凸出或凹入结构，所述结构在区段之间进行焊接之前允许一个区段的结合部与相邻于其的其它区段的结合部接合。
更具体地，根据该实施例的电热塞(10)的金属外壳(100)具有三级结构。当具有螺纹(101a)的金属外壳区段是第一金属外壳区段(101)时，连接到第一金属外壳区段(10)1下侧的金属外壳区段是第二金属外壳区段，以及连接到第二金属外壳区段(102)下侧的金属外壳区段是第三金属外壳区段(103)，第一金属外壳区段(101)可由适于冷锻的钢盘条(例如，SWRCH10A)形成，而第二金属外壳区段(102)和第三金属外壳区段(103)可由适于冷锻的碳钢盘条(例如，SWCH45K)形成，由此可容易地实现局部强度增强。
考虑到金属外壳区段的材料和可加工性，构成金属外壳(100)的第一金属外壳区段(101)、第二金属外壳区段(102)、以及第三金属外壳区段(103)可具有的长度比为0.4～0.6：1：1，但不局限于此。
接着，将描述根据本发明一个实施例的电热塞(10)的金属外壳(100)的制造方法。
根据本发明实施例的适于柴油发动机的电热塞(10)的金属外壳(100)具有在其上部外圆周表面上的用于紧固到柴油发动机的发动机缸盖的螺纹(101a)且配置成将加热销(200)容纳在其中，其中具有螺纹(101a)的上部金属外壳区段(101)和连接到上部金属外壳区段(101)下侧以便与上部金属外壳区段(101)一起形成金属外壳(100)的下部金属外壳区段(102，103)被分别制造。上部金属外壳区段(101)和下部金属外壳区段(102，103)中的每个通过锻造制造。如在该实施例中的那样当下部金属外壳区段(102，103)具有多级结构时，下部金属外壳区段的多个金属外壳区段也分别制造。
接着，上部金属外壳区段(101)和下部金属外壳区段(102，103)通过各种方法诸如激光焊接而结合成一件，从而完成金属外壳(100)。
具体地，具有用于紧固到发动机缸盖(1)的螺纹(101a)的第一金属外壳区段(101)、将结合到第一金属外壳区段(101)的第二金属外壳区段(102)、和将结合到所述第二金属外壳区段(102)的第三金属外壳部(103)分别制造。
在此，第一金属外壳区段(101)、第二金属外壳区段(102)、和第三金属外壳区段(103)中的每个可通过锻造来制造，但不限于此。
接着，第一金属外壳区段(101)、第二金属外壳区段(102)、和第三金属外壳区段(103)被放置成与彼此接触并与彼此对准。在此，第一金属外壳区段(101)、第二金属外壳区段(102)、以及第三金属外壳区段(103)可由于相应的台阶部(101b)(102b)(103b)而容易地组装到彼此。
第一金属外壳区段(101)、第二金属外壳区段(102)、以及第三金属外壳区段(103)组装到彼此之后，所述金属外壳区段通过激光焊接等而结合成一件，从而完成金属外壳(100)。
接着，将描述根据本发明的电热塞(10)的金属外壳(100)的效果。
根据本发明的电热塞(10)的金属外壳(100)具有多级结构，使得多个短的金属外壳区段可通过锻造分别地和容易地制造，然后结合成一件，从而提高生产效率，同时降低制造成本。
换言之，根据本发明的金属外壳(100)具有分段结构，其允许提高生产率和可加工性，甚至在电热塞(10)的具有相应于柴油发动机的燃料喷射方法转变的增加长度的金属外壳(100)的制造中，通过下述过程，其中金属外壳区段通过锻造分别制造，然后通过激光焊接容易地结合成一件。
因此，本发明允许安装在发动机缸盖(1)上的电热塞(10)的金属外壳可容易地制造而无论金属外壳的总长度。
此外，根据本发明的金属外壳(100)具有分段结构，其允许需要增强强度的部分由不同于其它部分的材料形成，使得金属外壳可部分地增强，从而防止金属外壳的翘曲同时提高耐用性。
换言之，直接紧固到发动机缸盖的金属外壳区段由具有相对低强度的材料形成，并且其它金属外壳区段的接受金属外壳紧固中的压缩载荷的至少一个由具有相对高强度的材料形成，从而防止金属外壳的翘曲。
此外，在根据本发明的电热塞(10)的金属外壳的制造方法中，分别制造的金属外壳区段结合成一件，以及相应于接受高载荷的金属外壳一部分的金属区段由具有高强度的材料形成，从而提高电热塞(10)紧固到发动机缸盖的紧固强度。
但是应当理解的是，前述实施例仅出于示例性的目的提供，而并不以任何方式解释为限制本发明，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以做出各种修改和改变。
例如，尽管已通过实例的方式描述了本发明，其中金属外壳(100)具有三级结构，但本发明并不限于此。此外，尽管上面通过实例的方式描述了本发明，其中考虑到生产率，第一金属外壳区段(101)、第二金属外壳区段(102)、和第三金属外壳区段(103)通过锻造来制造，但是应当理解的是，金属外壳区段可通过切削来制造。
此外，尽管已通过实例的方式描述了本发明，其中金属区段(100)的第一金属外壳区段(101)、第二金属外壳区段(102)以及第三金属外壳区段(103)具有相同的厚度，但是应当理解的是金属外壳区段(101)(102)(103)可具有不同的厚度。具体地，当金属外壳区段由相同的材料形成时，考虑到每个区段的强度和加热销(200)的形状，金属外壳区段可具有不同的厚度。
因此，本发明的范围仅由所附的权利要求而不是由详细描述来限定，并且得自于所附权利要求的含义、范围和等同方案的所有变化或变型应被解释为在本发明的范围之内。
[工业实用性]
根据本发明安装在柴油发动机缸盖上的电热塞的金属外壳具有多级结构，其允许容易地制造金属外壳而无论金属外壳的总长度，并且还允许金属外壳在部分中具有不同的强度，从而提高金属外壳的强度和耐用性，同时提高生产率，同时降低制造成本并且因此可以应用于汽车部件的设计/制造领域以及汽车领域。

Claims (12)

1.一种紧固到柴油发动机的发动机缸盖的电热塞的金属外壳，其包括：
多个金属外壳区段，所述多个金属外壳区段设置在所述电热塞的轴向方向上并且具有不同的材料强度。
2.根据权利要求1所述的金属外壳，其中多个金属外壳区段包括：
上部金属外壳区段，其具有在其外圆周表面上的用于紧固到柴油发动机的发动机缸盖的螺纹；以及
至少一个下部金属外壳区段，其直接连接到上部金属外壳区段的下侧或经由其它金属外壳区段间接地连接到上部金属外壳区段的下侧，并且具有与所述上部金属外壳区段不同的材料强度。
3.根据权利要求2所述的金属外壳，其中下部金属外壳区段由具有比上部金属外壳区段更高强度的材料形成。
4.根据权利要求3所述的金属外壳，其中上部金属外壳区段由适于冷锻的钢盘条形成，以及下部金属外壳区段由适于冷锻的碳钢盘条形成。
5.根据权利要求1所述的金属外壳，其中多个金属外壳区段在电热塞的轴线方向上结合成一件。
6.根据权利要求1所述的金属外壳，其中多个金属外壳区段具有形状相匹配的台阶部，其在结合到其它相邻的金属外壳区段的结合部处形成，以便连接到其它相邻的金属外壳区段。
7.根据权利要求1所述的金属外壳，其中当具有用于紧固到发动机缸盖的螺纹的金属外壳区段是第一金属外壳区段时，连接到第一金属外壳区段下侧的金属外壳区段是第二金属区段，以及连接到第二金属外壳区段下侧的金属外壳区段是第三金属外壳区段，第一金属外壳区段由适于冷锻的钢盘条形成，而第二金属外壳区段和第三金属外壳区段由适于冷锻的碳钢盘条形成。
8.根据权利要求1所述的金属外壳，其中多个金属外壳区段由不同的材料形成以便局部提高金属外壳的强度。
9.适于柴油发动机的电热塞，其包括根据权利要求1至8任一项所述的金属外壳。
10.一种电热塞的金属外壳的制造方法，所述金属外壳具有在其上部外圆周表面上的用于紧固到柴油发动机的发动机缸盖的螺纹和用于容纳加热销的轴向通孔，所述方法包括：
分别制备上部金属外壳区段和下部金属外壳区段，所述上部金属外壳区段具有螺纹，而所述下部金属外壳区段连接到上部金属外壳区段的下侧以形成所述金属外壳；以及
通过激光焊接将上部和下部金属外壳区段结合成一件。
11.根据权利要求10所述的方法，其中上部和下部金属外壳区段中的每个通过锻造来制备。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中下部金属外壳区段由具有与上部金属外壳区段不同强度的材料形成。
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